Podstawy mechanizacji robót ziemnych

1.Uwarunkowania techniczno ekonomiczne doboru maszyn do robót ziemnych

Mechanizacja kompleksowa- sposób doboru maszyn oraz ich użycie w taki sposób aby maksymalnie wykorzystać ich zdolności produkcyjne. Jednym z głównych warunków mechanizacji kompleksowej jest organizacja robót metodą pracy równomiernej przy jednoczesnym spełnieniu kryteriów efektywności robót ziemnych.

1.2Efektywność maszyn do robót ziemnych:

a).Wydajność maszyn: -wyd. teoretyczna Q₀ (zależy od parametrów konstrukcyjnych maszyny), -wyd. techniczna Q_t (uwzględnia warunki pracy maszyny), -wyd. eksploatacyjna Q_e (uwzględnia sposób organizacji pracy oraz stopień wykorzystania maszyn na budowie)

b).Stopień wykorzystania maszyn na budowie: -planowanie bieżących przeglądów i napraw ( do 30% czasu pozostawania maszyny na budowie); -dostosowanie postępu robót ziemnych i składu wyposażenia maszynowego do harmonogramu budowy i warunków sezonowych (do 20-30% pozostawania maszyny na budowie); -stopień wykorzystania zdolności technicznych maszyn, który nie powinien spadać poniżej 70-80% pozostawania maszyny na budowie; -dobór metody wykonywania robót;

-przestrzeganie technicznych zasad działania maszyn; -synchronizacja przerw technologicznych robót z przerwami na naprawy i przeglądy.

1.Zasady doboru maszyn: -rodzaj gruntu, -odległość transportu, -rodzaj i ilość robót oraz stopień ich koncentracji, -wymiary planowanych obiektów, -warunek ciągłości lub niezmienności szerokości frontu pracy maszyn

2.Wskaźnik ilości robót

Stosowany jest on do oceny efektywności zmechanizowania robót ziemnych. W najbardziej ogólny sposób charakteryzuje wykorzystanie maszyn w okresie rocznym, np. w postaci objętości gruntu na 1m³ objętości łyżki koparki, pojemności lemiesza spycharki bądź też na 1kW mocy maszyny. Wskaźnik N, np.

-koparka przedsiębierna 80-110tys. m³/1m³ łyżki

-przedsiębierna 66-70 - || -

-chwytakowa 50-55 - || -

4.Klasyfikacja maszyn do robót ziemnych.

W praktyce stosuje się klasyfikację wg Technologii robót:

a).Maszyny podstawowe: -maszyny do odspajania gruntów i przemieszczania na niewielkie odległości (spycharki, zgarniarki, równiarki); -maszyny do odspajania gruntu i ładowania na środki transportu (koparki jedno i wielonaczyniowe)

b).Maszyny do robót ziemnych pomocniczych: -do spulchniania gruntu (pługi, zrywaki); -do zagęszczania gruntu (walce, ubijaki i wibratory); -sprzęt pomocniczy (sprężarki, młoty pnełmatyczne).

c).Maszyny do hydromechanizacji robót ziemnych (hydr omłoty, wodomiotacze, pogłębiarki, regulatory)

5.Maszyny do płaskiego odspajania gruntu i ewentualnego przemieszczania:

Są to spycharki i zgarniarki oraz częściowo ładowarki i równiarki. Maszyny te podczas ruchu roboczego wykonują następujące czynności: -odspajają grunt za pomocą odpowiedniego narzędzia skrawającego, -zgarniają i przemieszczają urobek przez przepychanie lub jego przemieszczanie, -rozścielają urobek lub rozmieszczają go we właściwym miejscu, -powracają do pozycji wyjściowej w celu rozpoczęcia następnego cyklu pracy.

Do wykonywania powyższych czynności służą w tych maszynach podzespoły: -ciągnik gąsiennicowy lub kołowy, -osprzęt roboczy (lemiesze, skrzynie), -zespoły sterujące ruchem narzędzi i osprzętu (siłowniki hydrauliczne, wyciągarki linowe)

Zastosowanie maszyn: a) spycharki-odspajają grunt i przepychają urobek na niewielką odległość do 60m; b) zgarniarki- służą do odspajania gruntu cienkimi warstwami i przenoszenia go na odległość kilkuset metrów i rozcierają urobek; c) równiarki- do wyrównywania terenu uprzednio wykonanych robót ziemnych; d)ładowarki- do odspajania i załadunku urobku na środki transportu.

5.1.Spycharki- dzieli się je:

-wg podwozia na kołowe i gąsiennicowe, -wg sposobu sterowania lemieszem (mechaniczne, hydrauliczne), -wg sposobu ustawienia lemiesza (czołowe, uniwersalne), -wg mocy (małej mocy do 37kW, średniej 37-74, dużej 74-108kW, b.dużej>108kW)

Zastosowanie: -zdejmowanie warstwy humusu, -roboty przygotowawcze,

-plantowanie urobku, -profilowanie skarp, -niewielkie wykopy, -zasypywanie rowów i wykopów, -zagęszczanie gruntu.

Wydajność spycharek kołowych jest 50-100% większa od gąsiennicowych, ale ich kąt robót do 1,5 razy mniejszy. Wydajność eksploatacyjną spycharki określa się za pomocą wzoru dla maszyn pracujących cyklicznie. Q_e=V∙n∙S_z∙Kα∙Ksp∙Kcz (V-objętość gruntu przepychanego lemieszem, n-ilość cykli roboczych na godzinę, T-czas trwania cyklu, Sz-współczynnik zagęszczenia, Kcz-współczynnik wykorzystania czasu roboczego 0,5-0,83, Kα-wsp. Strat urobku po drodze przemieszczenia, Ksp-współczynnik nachylenia terenu.

Do projektowania robót ziemnych konieczne jest określenie czasu trwania cyklu roboczego sprzętu. Na jego długość mają wpływ: -czynniki niezależne od odległości i przemieszczenia (zmiana kierunku jazdy, podniesienie lub opuszczenie lemiesza, zmiana biegów); -czynniki zmienne (odspojenie i zagarnianie gruntu, przemieszczanie, rozłożenie, jazda powrotna)

Wydajność spycharki można zwiększyć przez wykorzystanie wyrobionego koryta w gruncie przy przepychaniu urobku lub stosowanie zespołu spycharek jedna przy drugiej, zwiększa to wydajność o 0,75-1,25m³ na każdą spycharkę.

5.2.Zgarniarki

Zgarniarki służąco odspajania gruntu cienkimi warstwami, transportu na odległość 0,3-2km i rozkładaniu gruntu. Podstawowym parametrem technicznym jest objętość skrzyni i moc silnika, przeznaczona do prac w gruntach kategorii od 1-5 z kamieniami o średnicy do 20cm. Stosuje się je w bud. Ogólnym i ziemnym w przypadku dużych frontów robót. Najczęściej stosuje się do: -plantowania dużych powierzchni, -wykonywania długich nasypów i wykopów, -budowy zapór ziemnych, -eksploatacji płytkich żwirowni i piaskowni.

Klasyfikacja: a)napęd (gąsiennicowe, kołowe); b)konstrukcja skrzyni (zamknięte, półotwarte); c)typ (ciągnione, samobieżne); d)sterowanie (mechaniczne, hydrauliczne); e)pojemność skrzyni (mała do3m³, średnia 3-10, duża 10-25, b.duża >25)

Wydajność eksploatacyjna:

V-objętość skrzyni, Kα-wsp. napełnienia skrzyni 0,5-0,95 (pozostałe jak dla spycharki)

Przy odległości ok. 2km są tańsze o 10% od zestawu koparka-samochód ciężarowy, a przy odległości 0,3km o 40%.

5.3.Równiarki.

Są stosowane do wyrównywania terenu, jego profilowania. Mogące odspajać grunt kategorii 1-3 warstwami do 50cm i przemieszczać na odległość 30m. Są stosowane do: -zdejmowania darni i humusu, -wyrównywania i rozplantowania urobku w nasypach, -profilowania skarp nasypów i wykopów, -wykonywania niskich nasypów do 1m i płytkich wykopów.

Wyrówniarki dzieli się w zależności od wymiarów lemiesza i masy:

a)lekkie b=1,8-2,0m do 8ton; b)średnie b=2,5-3,0m 8-14ton; c)ciężkie b=3,5-4,2m >14ton

Specjalistyczne typy mogą być wyposażone w: -przenośnik taśmowy do automatycznego załadunku, -nakładki do formowania dna i skarp kanałów melioracyjnych.

5.4.Ładowarki

Służą do przemieszczania gruntów i załadunku na środki transportu. Wykorzystywane są również do eksploatacji płytkich złóż piasku i żwiru. Podstawowymi parametrami są pojemność skrzyni i moc silnika.

Podział: a)napęd: kołowe, gąsiennicowe; b)typ: czołowe, przerzutowe; c)pojemność skrzyni: małe do 3m³, średnie 3-6, duże>6.

5.5.Zrywarki.

Służą do spulchniania wstępnego gruntów, w szczególności zwartych spoistych i kamienistych. Ponadto do usuwania krzewów i korzeni. Wyposażone są w 1-5 zębów.

6.Koparki.

6.1.Koparki jednonaczyniowe.

Podstawowymi parametrami technicznymi jest geometryczna pojemność naczynia urabiającego oraz moc silnika. W budownictwie stosuje się koparki o pojemności 0,25 do 2m³, a do wykonywania wykopów jamistych 0,15m³.

Typy koparek: a)przedsiębierne- pracują na dnie wykopu, służą do wykonywania głębokich, dużych i suchych wykopów; b)podsiębierne- pracują na brzegu wykopu, nad wykopem, stosowane do wykopów o średniej głębokości, w tym i pod wodą; c)zbierakowe- posiadają zgarniak ciągnięty linami, stosowane do wykonywania głębokich wykopów, w tym i pod wodą oraz do kształtowania skarp; d)chwytakowe- dwu lub wielo łupinowy chwytak po zrzuceniu z odpowiedniej wysokości wbija się i urabia grunt, stosowane do wykopów głębokich o małych wymiarach rzutów.

Podział ze względu na rodzaj podwozia: -kołowe, -gąsiennicowe, -pływające.

Wydajność podsiębiernych jest mniejsza o 20-50% od pozostałych typów tej same objętości naczynia.

6.2.Koparki wielonaczyniowe.

Są to maszyny o ciągłym charakterze pracy. Z uwagi na dużą wydajność stosowane są do wykonywania wykopów szerokoprzestrzennych oraz w kopalniach odkrywkowych i do eksploatacji złóż kruszyw budowlanych.

Podział: A)poprzeczne- wyposażone w taśmę łańcuchową z naczyniami roboczymi. Stosowane do wykopów szerokoprzestrzennych i odkrywkowych. Łatwo pozwalają formować skarpy. B)podłużne- do wykonywania wykopów wąsko przestrzennych pod przewody instalacji podziemnych, kanalizacje oraz w robotach melioracyjnych. Stosunkowo niewielka wydajność. C)frezujące- wyposażone w koło frezujące. Stosowane w kopalniach odkrywkowych.

Ze względu na sposób przemieszczania: a)kołowe, b)gąsiennicowe, c)torowe, d)pływające (poprzeczne)

Maszyny do robót ziemnych pomocniczych. Zagęszczanie mas ziemnych.

1.Zagęszczanie mechaniczne gruntów

Zagęszczanie gruntów odbywa się w sposób naturalny lub sztuczny. Zabezpiecza to konstrukcję przed skutkami osiadań.

1.1Zalety sztucznego zagęszczania: -zmniejszenie wielkości osiadań i podwyższenie nośności gruntu, np. skraca to czas trwania inwestycji; -zmniejszenie wodoprzepuszczalności i wysokości kapilarnego podciągania wody; -zwiększa mrozoodporność; -podwyższa wytrzymałość gruntu; -zwiększa stateczność skarp i obniża ryzyko powstania osuwisk.

1.2Parametry charakteryzujące zagęszczalność:

Najlepsze mechaniczne zagęszczenie uzyskuje się dla najwyższej wartości ρ_d, którą można osiągnąć w warunkach optymalnej wilgotności (piaski 8-12%, Pg Gp 9-14%, G 12-16%, Gz Gπ I π Lessy 16-22%). Wymagane wartości wskaźnika zagęszczenia Isw podają dla poszczególnych typów budowli ziemnych przedmiotowe normy lub wytyczne techniczne wykonawstwa i odbioru: A)budowle hydrotechniczne (zapory ziemne o wysokości <15m Isw=0,95-0,98, zapory ziemne o wys >15m Isw=0,92-0,95); B)nasypy drogowe (droga o ruchu ciężkim Isw>0,97)

1.3Metody zagęszczania- sposób zagęszczania dobiera się w zależności od rodzaju gruntu i miąższości zagęszczanej warstwy. Dane takie zawarte są w wytycznych technicznych i literaturze. Podane są maksymalne miąższości zagęszczanych warstw i minimalne ilości przejazdu sprzętu po jednym śladzie. Zagęszczanie można wykonywać jedną podstawowych metod: -wałowanie, -wibrowanie, -ubijanie, oraz metodami mieszanymi, np. wibrowanie z wałowaniem.

2.Charakterystyka metod zagęszczania:

a).Wałowanie- po powierzchni przetacza się walec pod którego statycznym ciężarem grunt ulega odkształceniu o wielkości zależnej od ciężaru walca i rodzaju gruntu. Po każdym kolejnym przejściu zagęszczenie gruntu rośnie, a odkształcalność maleje.

b).Wibrowanie- masa maszyny poddawana jest drganiom o znanej częstotliwości i stosunkowo małej amplitudzie. Drgania przenoszone są na grunt, w którym występuje zmniejszenie siły tarcia wewnętrznego, napięcia powierzchniowego oraz przesuwanie wzajemne poszczególnych cząstek, co skutkuje zagęszczeniem gruntu.

c).Ubijanie- masa ubijaka po uniesieniu opada swobodnie i zagęszcza grunt. Oddziaływanie dynamiczne na grunt ułatwia przezwyciężanie sił tarcia w procesie zagęszczania, co umożliwia stosowanie mniejszych mas ubijaka niż walców statycznych przy wałowaniu.

3.Sprzęt do zagęszczania

3.1Walce

A)Walce statyczne- zagęszczają grunt w wyniku wywieranego nacisku statycznego w procesie wałowania. Wielkością charakterystyczną jest masa walca podawana w tonach. Ze względu na rodzaj napędu występują jedno lub wieloosiowe. Ze względu na typ walca dzieli się na: - gładkie, -okołkowane lub ożebrowane, -ogumione. Uwaga: Masa walca winna być dobrana odpowiednio, zbyt duża może powodować kruszenie ziaren, co utrudnia wzajemne ich klinowanie się. Walce są balastowane wodą lub piaskiem, bądź żeliwnymi obciążnikami.

Walce gładkie- najlepiej nadają się do zagęszczania gruntów spoistych, gorsze wyniki uzyskuje się w przypadku gruntów sypkich. Nadają się do zagęszczania gruntu tylko cienkimi warstwami po 10-15cm. Uzyskiwane gładkie i równe warstwy źle łączą się z warstwami kolejnymi.

Walce okołkowane- są to najczęściej walce ciągnione o kołkach stałych lub zdejmowanych. Różny kształt i długość kołków (kołki od 2-40cm). Najlepsze efekty głębnego zagęszczenia uzyskuje się w przypadku gruntów wilgotnych i spoistych. Są bardziej wydajne od gładkich, wymagają mniejszej ilości przejść po jednym śladzie, zagęszczają na większą głębokość 25-40cm. Po przejściu pozostaje powierzchnia nierówna, co zapewnia dobre połączenie kolejnych warstw.

Walce wielokołowe na pneumatykach- wyposażone są w 4-60 kół z lanej gumy na oś. Stosowanie kół ogumionych zwiększa wydajność- prędkość do 25km/h. Bieżnikowane koła korzystniej przenoszą obciążenia na grunt. Stosuje się je do gruntów spoistych o w_n>w_opt, a także do sypkich i gruboziarnistych

Wydajność - odnosi się do powierzchni zagęszczanego gruntu w okresie jednej godziny.
(b- szerokość walca, a- zakład zagęszczanych pasów 0,2-0,3m, v- prędkość jazdy, n- liczba po jednym pasie, Kcz- współczynnik wykorzystania czasu roboczego)

B)Walce wibracyjne- znaczne zwiększenie efektywności zagęszczania uzyskuje się po połączeniu oddziaływania statycznego walca i dynamicznego urządzenia wibracyjnego zamocowanego na osi roboczej walca. Walec wibracyjny daje podobny efekt zagęszczenia jak walec statyczny o 3-6 krotnie większym ciężarze.

3.2Zagęszczarki (płyty wibracyjne)- Są to maszyny przeznaczone do zagęszczania gruntu przez wibrowanie. Wielkością charakterystyczną zagęszczarki jest masa i nominalna siła wymuszająca w kN. Jest to największa suma geometryczna sił odśrodkowych wytworzonych w zagęszczarce.

Zasadniczymi elementami maszyny są: -silnik napędowy, -część górna z silnikiem i sterowaniem, -płyta dolna z wzbudnikiem drgań.

Część górna jest zamocowana na płycie za pomocą amortyzatorów zabezpieczających przed niekorzystnymi drganiami. Typy: -sterowane ręcznie, -kroczące

3.3Ubijaki i ubijarki- główną ich zaletą jest duża miąższość zagęszczanych warstw 0,7-1,0m, a nawet 2m. Stosowane są do różnego rodzaju gruntów, w szczególności w miejscach trudnodostępnych dla walców. Ich wadą jest stosunkowo mała wydajność, więc i wysoki koszt prowadzenia prac.

Typy ubijarek: -ręczne ubijaki spalinowe lub elektryczne, -ubijaki samobieżne,

-ubijarki płytowe (zamocowane na spycharkach lub wysięgnikach koparek)

Ubijaki występują jako lekkie (65-200kg) o płaskiej podstawie, oraz średnie i ciężkie (200-1000kg) mają podstawę nachyloną do poziomu.

---